電氣自動化的節能設計技術分析

李 俊

上海市南供電設計有限公司 上海 201199

引言

作為新型技術，電氣自動化在生產生活中扮演著重要角色，顯著提升了生產效率、大量節約了人力、物力。在經濟快速發展的同時，社會深刻認識到節能環保的重要性，提出經濟效益的增加不能以犧牲環境為代價。在此背景下，相關企業也采取一系列措施對節約能源表示大力支持。基于此，提升電氣自動化的節能設計技術顯得尤為必要。

1 電氣自動化節能設計基本原則

1.1 環保 對電氣自動化工程進行節能設計的主要目的是減少對于自然資源的利用，提高能源利用效率，以此實現企業經濟效益的提升。除此以外，設計過程中還需要將其與低碳環保相結合。在材料的選取上，技術人員需要把環保作為重點選擇依據，同時兼顧適用性和可靠性，做好維護檢修工作，一旦發現老化破損部件或線路應該及時更換，更換的同時注意保護周邊環境，避免使其受到污染[1]。

1.2 經濟 相關技術人員應該深入了解企業的經濟狀況，在設計過程中應該將成本控制考慮在內，結合企業自身實際情況制定出可行性方案，避免為了一味追求節能環保而超出企業的承受能力，增加企業負擔。即無論是在設計環節還是在設備維護更換環節都應結合企業實際，通過仔細斟酌得到最佳方案，確保在節約能源的同時盡量減少成本投入，盡量保證企業的經濟效益。

1.3 可靠 電氣自動化的節能設計不能以犧牲企業經濟效益和人民利益為代價，應該最大程度地保證企業的發展。單純追求設計中的節能無法促進生產的各個環節有效運行，工作效率和整體水平也會有所下降。因此，技術人員必須加強重視設計的可靠性。

1.4 安全 任何工作，安全都應該排在首位，對于電氣自動化節能設計來說，雖然著重強調了節能的重要性，但是安全問題也應引起足夠的重視。在設計中，相關人員務必基于安全原則的基礎展開工作，為此需要加強安全管理力度，以確保設計工作的順利進行。

2 電氣自動化節能設計技術要點

2.1 變壓器的設計 變壓器能夠通過改變纏繞線圈的數量比例實現對電壓或電流的控制，借助一定技術手段可以盡量減少電能在兩相鄰線圈之間傳輸過程中產生的能量損耗，使傳輸中的功率保持穩定。值得注意的是，由于不恰當的運行，變壓器很容易出現空載損耗，造成一定的能量浪費，為此，對變壓器進行節能設計尤為必要。

首先，要嚴格控制材料的組合和選擇。通常情況下，生產變壓器的必需材料包括銅片、硅鋼片和其它絕緣材料，加工過程中需要按照科學標準進行配比，如果某種材料比例低于或高于理論水平，整體性能就會受到很大影響，能量損耗現象隨之發生。因此，在材料配制階段，應依據嚴格要求科學計算出每種材料的理論用量，并按照計算結果進行選擇和使用，以確保設備的正常運行和節能效果。采用銅質導線作為配電柜和導線的主要材料，并采取恰當的措施對導線進行換位處理，同時控制好硅鋼片的薄度，使之達到一定標準便可以有效降低變壓器出現空載運行的可能性，減少能量損耗。

其次，控制變壓器的運行時間。任何設備運行過程中都不可能完全避免能量損耗，節能變壓器長時間使用也會產生熱量，久而久之就會對設備造成損壞；同時，運行過程中會受到其它外部環境影響增加設備的老化程度。加強設備保護就是在節省材料，進而節約能源。

再次，選擇正確的安放位置。變壓器應該選擇安放在用電高度集中的地點，可以縮短設備之間的距離，減少電纜的使用量，以此降低成本；此外，設備相對集中的放置方式可以給管理帶來便利，提升管理效率，增加企業經濟效益。

最后，需要根據實際需求合理配置設備的容量。如果容量過小，設備便會經常處于滿載狀態，長期的運行會加速老化，縮短使用壽命；若容量過大，設備會經常處于輕載狀態，降低了能量利用率，產生大量的資源浪費。在數量方面也應該根據實際需要進行設置，數量過少無法滿足使用需求，過多又會造成浪費。因此在投入使用之前應該深入了解電氣自動化工程系統的詳細情況，實現變壓器數量和容量的科學分配。

2.2 減少線路損耗 電流在流經線路時會出現一定程度的電能損耗，該現象經常出現在電氣自動化系統中，由于構成輸電線路的材料中存在電阻，其會對電流產生一定程度的阻礙作用，由此將電能轉化為熱量散發出去。電阻越大，能量損耗越大，而電阻的大小同時由導體的長度和橫截面積決定，對于不同種材料而言，電阻率會有所不同，即便長度和橫截面積一定，電阻也會產生差異[2]。為了減少輸電線路中的能量損耗，需要從三個方面著手加以改善:

第一，采用電阻率較低的材料作為導線首選材料，由于銅材料電阻率較小，導電性能較好，而且價格相對低廉，因此實際應用中銅導線出現的概率較高；第二，通過減少線路的長度來減小電阻，為此可以減少線路的纏繞，盡量以直線方式設置線路，避免增加不必要的線路長度；第三，擴大導線的橫截面積，盡量選擇粗導線接入電路中，以便有效減小電阻。

2.3 運用無功補償 所謂無功補償即采取恰當的方式減少電路組成中的電源設備、變壓器以及輸電線路中無用功，提高電能向有用功的轉化。目前，無功補償廣泛應用于電氣系統中。很多用戶認為，無功功率會產生一定費用，用電成本有所升高，不僅無法增加經濟效益還會在一定程度上造成經濟損失。為了能夠發揮無功補償的真正作用，可以在其中加入相應設備，以便能夠達到無功就地補償的效果，提高功率因數的同時明顯減少了電量損耗。在設備選擇上應該遵循三方面原則:

第一，無功補償中的電容器有關參數必須能夠承受實際需要的最大負荷以及其他方面的需求，若補償過程中產生諧振波，可以采用相應設備減少其產生；第二，為了盡量消除無功補償中的過量補償或無功倒送等現象，應該以無功功率參數作為基準選擇電容器；第三，傳統電容器采用的等容量分組方式、投切開關采用的循環投切方式等均未能在無功補償中顯示出顯著效果，因此，經過不斷優化，現在的投切方式采用模糊投切，該方式具有較好的適用性和跟蹤效果，彌補了傳統方式的不足。

2.4 選擇有源濾波器 隨著用電需求的進一步加大，電氣自動化設備也大幅增加，因此其中產生的諧波電流呈現明顯的增加趨勢。諧波電流的振動能夠產生磁場，磁場的振動又產生電壓，通過該電壓與原有電壓的重合產生了畸變電壓，電壓的畸變現象極易引起設備的錯誤運作。為此需要采取有力措施消除諧波電流的產生，有源濾波器在此方面作用明顯。有源濾波器的使用需要為其提供電源裝置，可以對諧波電流進行動態抑制，同時具有無功補償的作用。有源濾波器可以在進行無功補償過程中消除其中的諧波電流，而且不會產生諧振現象，效率較高，效果明顯。但是，由于其技術含量較高，價格方面處于劣勢，因此在用電量需求較大的場合非常少見。此外，有源濾波器對于電壓的承受能力較低，通常情況下不能超過690V，因此實際應用受到限制。

2.5 提高系統功率 一方面，提升自動功率和負載能力，在滿足正常需要的基礎上盡量減少電動機的使用，以此減少電能消耗。另一方面，實現電動機的變頻控制，當負載較小時自動降低運行頻率，減少無用功。以上方法無需添加額外設備，通過減少無用功來提高系統能量轉化效率，降低成本投入，高效簡捷。此外，借助人工補償的方式提高系統的功率因數，并且通過安裝補償設備實現就地補償，有效減少了無功傳輸，具有較好的節能效果。

2.6 加強電纜設計 電氣工程中，電纜占據成本中的大部分比重，而且，在后期維護中還會產生一定費用。在電纜的設計階段應該綜合多方面進行考慮。一方面通過控制橫截面積、長度對電阻加以控制，盡量避免傳輸過程中的能量損耗；另一方面應該重視電纜的安全性，降低安全事故的發生概率。現階段，由于受到技術和經濟等方面的約束，可供選擇的電纜材料主要有銅、鋁和鋼，應根據實際情況選擇合適的材料[3]。

結論

電氣自動化技術已經在電力系統中得到廣泛應用，并且體現出巨大的價值。在經濟效益提升的同時，社會越來越重視節能環保，為了順應發展，電力企業也在嘗試多種辦法對電氣自動化設備進行節能設計。通過合理選材、科學計算設備的配置數量和容量、運用有源濾波器等實現了系統的節能性。相關企業應該大力響應社會需求，促進電氣自動化的節能環保，提升社會發展的整體水平。